WO2021170837A1 - Überspannungsschutzvorrichtung - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to an overvoltage protection device, in particular for information technology and / or communication technology systems.
- DE 102006034 164 B4 describes a multi-pole lightning current and / or surge arrester in series terminal design for the protection of devices and systems in information technology, which comprises a base part and a plug-in part.
- a circuit board arrangement with an overvoltage protection circuit device is arranged in the plug-in part and can be connected to the base part via contact tongues.
- DE 4241 331 A1 describes a monitoring and / or security module, a switching element being attached in a thermosensitive manner via a soldered connection and being prestressed by spring force. If the spring force exceeds the holding force of the solder joint when the solder connection melts, the switching element opens and interrupts an electrical connection.
- overvoltage protection circuit devices have, as overvoltage protection components, on the input side gas discharge arresters with breakdown voltages of typically a few 100 V and on the output side suppressor diodes, eg Zener diodes, with breakdown voltages of typically a few 10V.
- longitudinal decoupling elements in the form of resistors for example varistors or the like, are usually provided.
- Resistors longitudinal decoupling elements
- Resistors become highly resistive in the event of an overload and interrupt the signal flow.
- suppressor diodes typically show low-resistance behavior (up to and including a short circuit).
- Gas discharge arresters (especially for data technology applications) behave like suppressor diodes and short-circuit (or become low-resistance) in the event of an overload.
- overvoltage protection So far, possible aging or overload of the above-mentioned overvoltage protection components has occasionally been viewed and signaled via a display, or defective components have been disconnected. If the overvoltage protection was defective, the useful signal circuit was either short-circuited (by suppressor diode or gas discharge arrester) or interrupted (high resistance), so that the signal was interrupted and the entire signal transmission path failed (signal / data loss).
- the present invention creates an overvoltage protection device, in particular for information technology and / or communication technology systems, according to claim 1.
- the idea of the present invention is to prevent failure of the signal transmission path when the overvoltage protection device is triggered.
- a mechanical release device is implemented which separates the current path (s) leading through the overvoltage protection circuit device and provides one or more current paths that carry the external voltage signal (s) from the respective input to the respective output while bypassing the overvoltage protection circuit. Circuit device direct.
- the mechanical release device can be designed in such a way that it responds to both overload and aging phenomena.
- the mechanical release device has a conductor track connection device attached to the board with a solder connection or conductive adhesive connection, which in a released state when the predetermined tripping current can be melted through the solder connection or conductive adhesive connection, the conductor track connection device bridging a first interruption point in the third current path in the non-triggered state, and a movable mechanical actuation device for opening the first switching contact device in the non-triggered state and for closing the first switching contact device in the triggered state and for Removing the conductor connection device in the triggered state.
- a conductor track connecting device which is designed, for example, as a miniature circuit board, enables simple and reliable separation of one or more conductor tracks for uncoupling the overvoltage protection component.
- a second electrical overvoltage protection component is connected in a fifth current path between the first output connection and the second output connection and the conductor track connection device bridges a second interruption point in the fifth current path in the non-triggered state. In this way, several surge protection components can be decoupled at the same time.
- the overvoltage protection device comprises a fourth current path for conducting the second external voltage signal from the second input connection to the second output connection via the overvoltage protection circuit device; a second switching contact device for opening and closing the second current path, a third electrical overvoltage protection component, which is connected between the fourth current path and the first electrical overvoltage protection component, the conductor track connection device bridging a second interruption point in the fourth current path in the non-triggered state, with a ground connection being provided and a first node between the first overvoltage protection component and the third overvoltage protection component is connected to the ground connection, and wherein the mechanical actuation device for opening the first and second switching contact device in parallel in the non-tripped state and for closing the closing of the first and second switching contact device in parallel in the tripped state is set up.
- the overvoltage protection device can thus be extended to two signal paths.
- a fourth electrical overvoltage protection component between the second output connection and the second electrical overvoltage protection component is connected, a second node between the second and fourth overvoltage protection component is connected to the ground connection, the conductor track connection device in the non-triggered state a fourth interruption point in the fifth current path between the fourth
- Overvoltage protection component and the second output terminal bridged. In this way, all fault currents can be diverted to the ground connection.
- the mechanical actuating device has a rotatable pivoting part which is pretensioned against the conductor track connecting device by means of a spring device.
- a pivoting part can easily be attached to a circuit board.
- the mechanical actuating device has a plunger which can be deflected by the pivoting part and which is connected to the first switching contact device or to the first and second switching contact device via a link part.
- the first switch contact device or the first and second switch contact device can be controlled in parallel or synchronously with a simple construction.
- an impedance device preferably a resistor, is provided in the third and / or fourth current path.
- the first and / or third electrical overvoltage protection component have a gas discharge tube.
- the second and / or fourth electrical overvoltage protection component has a bidirectional Zener diode, e.g. a T VS diode.
- the first switch contact device or the first and second switch contact device are designed as elastic spring tongues.
- the housing is designed in one piece and has a trough-like lower part which can be closed by means of a cover plate.
- the housing is designed in two parts and has a base part and a plug-in part, wherein the plug-in part can be detachably latched in the base part, the first and second current path, the first and second input connection and the first and second output connection and the first or the first and second switching contact devices are provided in the base part and the overvoltage protection circuit device, the circuit board and the mechanical actuating device are provided in the plug-in part.
- a plurality of plug contacts for electrically connecting the plug-in part to the base part are attached to the circuit board, which protrude from the plug-in part and can be inserted into the base part.
- the mechanical actuating device is designed in such a way that when the plug-in part is not inserted into the base part, the first or the first and second switching contact devices are closed. This enables the defective plug-in part to be replaced without interrupting the signal and causing the system to malfunction.
- the mechanical actuating device has a plunger which can be deflected by the pivoting part and which can be inserted into the base part for opening the first switching contact device or the first and second switching contact device in the non-triggered state.
- the plug-in part and the base part each have a trough-like lower part, which can be closed by means of a respective cover plate.
- Fig. La -d) schematic interior top views of the housing of a two-part overvoltage protection device in the split state according to a first embodiment of the present invention, namely Fig. La) a plug-in part lower part, Fig. Lb) a base part lower part, Fig Plug-in part cover and Fig. Id) of a base part cover;
- FIG. 2a), b) are schematic internal top views of the housing of a two-part overvoltage protection device in the assembled state according to the first embodiment of the present invention, specifically FIG. 2a) in the non-triggered state and FIG. 2b) in the triggered state;
- FIG. 4 is a circuit diagram for explaining a first exemplary electrical implementation of an overvoltage protection circuit device in the overvoltage protection device according to the first or second embodiment
- FIG. 5 is a circuit diagram for explaining a second exemplary electrical implementation of an overvoltage protection circuit device in the overvoltage protection device according to the first or second embodiment
- FIG. 6 is a circuit diagram for explaining a third exemplary electrical implementation of an overvoltage protection circuit device in the overvoltage protection device according to the first or second embodiment; and 7a), b) functional diagrams for explaining an exemplary mechanical electrical implementation of an exemplary mechanical triggering device in the overvoltage protection device according to the first or second embodiment, namely FIG. 7a) in the non-triggered state and FIG. 7b) in the triggered state.
- Fig. La) -d) show schematic interior top views of the housing of a two-part overvoltage protection device in the split state according to a first embodiment of the present invention, namely Fig. La) a plug-in part lower part, Fig. Lb) a base part lower part, Fig. Lc ) a plug-in part cover and Fig. Id) a base part cover.
- the overvoltage protection device has a plug-in part ST, which has a trough-like lower part WST.
- a circuit board P is provided, on which an overvoltage protection circuit device is formed.
- the overvoltage protection circuit means has a first impedance RI, e.g., a first linear resistor, and a second impedance R2, e.g., a second linear resistor R2. Furthermore, the overvoltage protection circuit device has a first gas discharge tube Gl and a second gas discharge tube G2 as well as a first bidirectional Zener diode ZI and a second bidirectional Zener diode Z2.
- a conductor track connection device B is attached to the circuit board P, which in a tripped state in the event of a tripping current (leakage current) caused by exceeding a nominal parameter (overload) and / or by degradation of the components, in which the solder connection or conductive adhesive connection can be melted , is removable, so that corresponding conductor tracks are interrupted.
- the conductor track connecting device B connects in particular some interruption points in the overvoltage protection circuit device, as will be explained in more detail later.
- a displaceable mechanical actuation device which has a rotatable pivoting part S which is pretensioned against the conductor track connection device B by means of a spring device EF.
- Reference symbol DA denotes the axis of rotation of the pivoting part S. Furthermore, the pivoting pivoting part S is in mechanical contact with a plunger SL, which protrudes from the trough-like lower part WST when it is not triggered and can be pushed into the trough-like lower part WST when it is triggered.
- a light channel LK is provided in the lower wall of the trough-like lower part WGT, which can be closed by a cover device DE which is integrally connected to the pivot part S when the pivot part S is pivoted in the triggered state.
- a display device AE is integrally connected to the swivel part S, which can be swiveled in front of a viewing window SI of the tub-like lower part WGT when the swivel part S is swiveled in the triggered state, in order to indicate a triggered state, for example by means of a corresponding, e.g. red color marking.
- the overvoltage protection device has a base part BT, which also has a trough-like lower part WBT, as will be explained in more detail below with reference to FIG. 1b).
- plug-in part ST On the side of the plug-in part ST facing the base part BT, there is a plurality of plug-in contacts PI, P2, PI ‘, P2‘, PM for electrically connecting the plug-in part ST to the base part BT on the board P.
- latching noses RAI, RA2 which are provided on resiliently elastic tongues ZI, Z2, are used for releasably locking the plug-in part ST to the base part BT.
- the latching can be released, for example, with rotatable tabs LAI, LA2 in the trough-like lower part WST.
- a first current path ST1 is formed in the base part BT and is used to conduct the first external voltage signal from the first input terminal E1 to the first output terminal A1, bypassing the overvoltage protection circuit device.
- a second current path ST2 is formed in the base part BT and is used to conduct the second external voltage signal from the second input connection E2 to the second output connection A2, bypassing the overvoltage protection circuit device.
- a first switch contact device F1 is used to open and close the first current path ST1, and a second switch contact device F2 is used to open and close the second current path ST2.
- the first switching contact device F1 and the second switching contact device F2 are designed as elastic spring tongues, which can be deflected via the plunger SL of the mechanical actuating device in the plug-in part ST to open and close the first and second current paths ST1, ST2, as will be explained in more detail later .
- the first and second switching contact devices F1, F2 are coupled via a link part KU so that they can be switched in parallel or simultaneously by the plunger SL.
- a branch contact ZI to a third current path ST3, which leads via the plug contacts PI and PI 'to a further branch contact Z1', for conducting the first external voltage signal from the first input terminal El to the first output terminal Al via the overvoltage protection - Circuit device with inserted plug-in part ST in the non-triggered state.
- a branch contact Z2 is formed in the base part BT, which leads via the plug contacts P2 and P2 'to a further branch contact Z2', for conducting the second external voltage signal from the second input connection E2 to the second output connection A2 via the overvoltage protection circuit device with plug-in part ST in the not triggered state.
- a plug contact PM is connected to a branch contact ZM, which in turn is connected to a ground connection M in the plug-in part ST, which is provided on the underside of the trough-like lower part WBT of the base part BT.
- the underside of the trough-like lower part WBT is designed, for example, in such a way that it can be mounted on a groundable mounting rail.
- Plug holes corresponding to the plug contacts PI, P2, PM, P1 ‘, P2‘ are arranged in the base part BT. It should also be mentioned here that the arrangement of the plug contacts PI, P2, P1 ', P2', PM is deliberately chosen asymmetrically in order to enable assembly in a position rotated by 180 ° in such a way that the first switching contact device F1 and the second switching contact device F2 are permanently open regardless of the condition.
- the cover plate DST of the plug-in part ST is shown, which has a corresponding opening for the light channel LK and which has latching elements RA for locking with the trough-like lower part WST and corresponding covers PA for the plug-in contacts PI, P2, PI ', P2', PM.
- cover plate DBT for the base part BT is shown in Fig. Id), which also has locking elements RA ‘for locking the cover plate DBT with the trough-like lower part WBT and the light channel LK.
- FIG. 2a), b) show schematic internal top views of the housing of a two-part overvoltage protection device in the assembled state according to the first embodiment of the present invention, namely FIG. 2a) in the non-triggered state and FIG. 2b) in the triggered state.
- the plug-in part ST is locked in the base part BT.
- the plunger SL of the mechanical actuating device presses on the gate part KU and thus the first switching contact device F1 and the second switching contact device F2 are open, so that the first current path ST1 and the second current path ST2 are open and the first external voltage signal via the overvoltage protection circuit device from the first input connection El is passed to the first output terminal Al.
- the second external voltage signal is likewise conducted from the second input connection E2 via the fourth current path ST4 via the overvoltage protection circuit device to the second output connection A2.
- the pivot part S is soldered against the Conductor connection device B is biased and is in the non-triggered state.
- Fig. 2b the triggered state is shown in which the solder connection or conductive adhesive connection of the conductor track connection device B is melted after the predetermined trigger current has been exceeded and thus the conductor track connection device B is removed from the contact points K, so that the interruption points, as explained in more detail below, are not are bridged by the conductor connection device B.
- the plunger SL of the mechanical actuation device is deflected upwards after pivoting the pivot part S, so that the first switching contact device F1 and the second switching contact device F2 for closing the first current path ST1 and the second current path ST2 are closed due to the elastic spring force.
- the third current path ST3 and the fourth current path ST4 are opened, so that the entire current flow through the first and second current paths ST1, ST2 leads via the base part BT.
- FIG. 3a) -c) show schematic internal top views of the housing of a one-piece overvoltage protection device according to a second embodiment of the present invention, namely FIG. 3a) of a lower part in the non-triggered state, FIG. 3b) of a lower part in the triggered state and FIG. 3c ) of a lid.
- FIG. 3a corresponds to the illustration according to FIG. 2a), only the housing GT being designed in one piece with a tub-like lower part WGT.
- the electrical and mechanical components correspond to those which have already been described with reference to FIGS. 2a), b).
- Fig. 3b for a one-piece housing GT with a trough-like lower part WGT, the triggered state is shown analogous to FIG all current flows through the first and second current paths ST1, ST2.
- the cover plate DGT for the trough-shaped lower part WGT is shown, which in turn has latches RA ′′ and the light channel LK.
- FIG. 4 is a circuit diagram for explaining a first exemplary electrical implementation of an overvoltage protection circuit device in the overvoltage protection device according to the first or second embodiment.
- the first current path ST1 runs from the first input terminal El via the first switching contact device F1 to the first output terminal A1.
- the second current path ST2 runs analogously from the second input connection via the second switching contact device F2 to the second output connection. 4, the first and second switching contact devices F1, F2 are open, so that the first external voltage signal runs via the third current path from the first input terminal El to the first output terminal A1 and the second external voltage signal runs from the second input terminal E2 via the fourth current path ST4 runs to the second output terminal A2.
- a first impedance RI for example a first linear resistor
- a second impedance R2 for example a second linear resistor R2 is connected into the fourth current path ST4.
- a series connection of an overvoltage protection component in the form of a first gas discharge tube Gl and an overvoltage protection component in the form of a second gas discharge tube G2 is located between a node KO in the third current path ST3 before the first resistor RI and a node Kl in the fourth current path ST4 before the second resistor R2 connected, a node KN1 lying between the first and second gas discharge tubes Gl, G2 being connected to the ground connection M.
- the first and second gas discharge tubes Gl, G2 typically have a breakdown voltage in the range from 70 volts to 600 volts and can thus divert overvoltages occurring at the first and second input connection El, E2 to the ground connection M.
- a further overvoltage protection component in the form of a bidirectional Zener diode ZI is connected between a node K2 located in the third current path ST3 behind the first resistor RI and a node K4 located in the fourth current path ST4 behind the second resistor R2.
- a fifth current path ST5 runs through the bidirectional Zener diode ZI.
- the mechanical release device AU which, as described above, comprises the conductor track connecting device B, the pivoting part S, the elastic spring device EF and the plunger SL, bridges a first interruption point Ul in the third current path, a second interruption point U2 in the fourth current path, a third interruption point Ul 'in fifth current path, which lies between the third current path ST3 and the bidirectional Zener diode ZI, and a fourth interruption point U2 ', which lies between the bidirectional Zener diode ZI and the fourth current path ST4 when the non-triggered state is present.
- the mechanical triggering device AU also opens the first switching contact device F1 and the second switching contact device F2 via the plunger SL in the non-triggered state.
- solder connection or conductive adhesive connection is opened at the respective contacts K, which will be explained in more detail later by way of example, and the conductor track connection device B is activated by the elastic, pretensioned pivoting part S. removed.
- the plug-in part ST with the Overvoltage protection circuit device and the mechanical release device AU are exchanged without the signal flow through the first and second current paths ST1, ST2 being interrupted.
- FIG. 5 is a circuit diagram for explaining a second exemplary electrical implementation of an overvoltage protection circuit device in the overvoltage protection device according to the first or second embodiment.
- the second exemplary electrical implementation of the overvoltage protection circuit device differs from the first implementation in that instead of a single bidirectional Zener diode between the third interruption point U1 'and the fourth interruption point U2', a series circuit between a first bidirectional Zener diode ZI and a second bidirectional Zener diode Z2 is provided, a node KN2 lying between the first and second bidirectional Zener diode ZI, Z2 also being connected to the ground connection M.
- overvoltages that occur at the first and second bidirectional Zener diodes ZI, Z2, which typically have a breakdown voltage of 5 to 500 volts can also be diverted to the ground connection M in this second implementation.
- the functionality of the mechanical release device AU is identical to that of the first implementation.
- FIG. 6 is a circuit diagram for explaining a third exemplary electrical implementation of an overvoltage protection circuit device in the overvoltage protection device according to the first or second embodiment.
- the overvoltage protection circuit device only a first external voltage signal is applied to the first input connection E1 and passed via the first switching contact device F1 to the first output connection.
- the second input connection E2 is at ground potential and is directly connected to the second output connection A2.
- the third current path ST3 runs via the node KO, the first non-linear resistor RI, the first interruption point U1 and the second node K2 to the first output connection.
- the first gas discharge tube Gl is connected between the node KO and the first current path ST1
- the bidirectional Zener diode ZI is connected between the node K2 and the second current path ST2, in this implementation only a first interruption s place Ul between the first non-linear resistor RI and the node K2 and a second interruption point Ul 'is provided between the node K2 and the bidirectional Zener diode ZI.
- the mechanical triggering device AU acts only on the first interruption point Ul and the second interruption point U1 ‘and the first switching contact device F1, the functionality being analogous to the functionality described above in the first and second implementation.
- FIG. 7a), b) are functional diagrams for explaining an exemplary mechanical-electrical implementation of an exemplary mechanical-electrical implementation of a mechanical triggering device in the overvoltage protection device according to the first or second embodiment, namely FIG. 7a) in the non-triggered state and FIG. 7b) when triggered.
- the conductor track connecting device B in the form of a soldered-on circuit board with respective conductor track sections LB1 and LB2 bridges three contacts K, which are located in the third current path ST3 and fourth current path ST4.
- the conductor track connection device B in the released state, is removed and is, for example, loosely in the plug-in part ST or overall part GT and the corresponding interruption points are open. Due to the low mass of the conductor connection device B and due to a heat distribution surface attached to the underside of the circuit board P and due to a heat distribution surface attached to the top of the circuit board P, heat generated "on one side" (at a contact K) is quickly distributed to all other soldering points. This creates a simultaneous and uniform Heating achieved. A separation takes place when all solder points have exceeded the eutectic temperature point.
- the first and second switching contact devices F1, F2 are closed, so that the first and second external voltage signals flow directly from the first input terminal El to the first output terminal A1 and from the second input terminal E2 to the second output terminal A2.
- the overvoltage protection device can be arranged both on a mounting rail (top hat rail) and also be attached to a circuit board as a terminal device protection device via a special base.
- the housing geometry in particular the arrangement of the input and output connections, can be varied as required depending on the application.
- the mechanical triggering device is also not limited to the pivoting part and the conductor track connecting device, but can be implemented in other ways using mechanical and electrical components.
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Abstract
Die Erfindung schafft eine Überspannungs Schutzvorrichtung, insbesondere für informationstechnische- und/oder kommunikationstechnische Anlagen, welche ausgestattet ist mit einem Gehäuse (ST, BT; GT); einem ersten Eingangsanschluss (E1) zum Anlegen eines ersten externen Spannungssignals, einem zweiten Eingangsanschluss (E2) zum Anlegen eines zweiten externen Spannungssignals, einem ersten Ausgangsanschluss (A1) zum Ausgeben des ersten externen Spannungssignals, einem zweiten Ausgangsanschluss (A2) zum Ausgeben des zweiten externen Spannungssignals; einer Überspannungsschutz-Schaltungseinrichtung (G1, R1, Z1; G1, G2, R1, R2, Z1; G1, G2, R1, R2, Z1, Z2), welche zumindest teilweise auf einer im Gehäuse (ST, BT; G) angeordneten Platine (P) vorgesehen ist; einem ersten Strompfad (ST1) zum Leiten des ersten externen Spannungssignals vom ersten Eingangsanschluss (E1) zum ersten Ausgangsanschluss (A1) unter Umgehung der Überspannungsschutz-Schaltungseinrichtung (G1, R1, Z1; G1, G2, R1, R2, Z1; G1, G2, R1, R2, Z1, Z2); einem zweiten Strompfad (ST2) zum Leiten des zweiten externen Spannungssignals vom zweiten Eingangsanschluss (E2) zum zweiten Ausgangsanschluss (A2) unter Umgehung der Überspannungsschutz- Schaltungseinrichtung (G1, R1, Z1; G1, G2, R1, R2, Z1; G1, G2, R1, R2, Z1, Z2); einem dritten Strompfad (ST3) zum Leiten des ersten externen Spannungssignals vom ersten Eingangsanschluss (E1) zum ersten Ausgangsanschluss (A1) über die Überspannungsschutz- Schaltungseinrichtung (G1, R1, Z1; G1, G2, R1, R2, Z1; G1, G2, R1, R2, Z1, Z2); einer ersten Schaltkontakteinrichtung (F1) zum Öffnen und Schließen des ersten Strompfades (ST1); einer ersten elektrischen Überspannungsschutzkomponente (G1), welche zwischen den ersten und den dritten Strompfad (ST1, ST3) geschaltet ist; und einer mechanischen Auslöseeinrichtung (AU; B, S, EF, SL) zum Öffnen der ersten Schaltkontakteinrichtung (F1) in einem nicht ausgelösten Zustand und zum Schließen der ersten Schaltkontakteinrichtung (F1) zum Unterbrechen des dritten Strompfades (ST3) in einem ausgelösten Zustand bei einem durch Überschreiten eines Nennparameters und/oder durch Degradation der Bauteile hervorgerufenen Auslösestrom in der Überspannungsschutz-Schaltungseinrichtung (G1, R1, Z1; G1, G2, R1, R2, Z1; G1, G2, R1, R2, Z1, Z2).
Description
Beschreibung
Titel
Überspannungsschutzvorrichtung
Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Überspannungsschutzvorrichtung, insbesondere für informationstechnische- und/oder kommunikationstechnische Anlagen.
Obwohl nicht darauf beschränkt, werden die vorliegende Erfindung und die ihr zugrundeliegende Problematik anhand von Überspannungsschutzvorrichtungen für informationstechnische- und/oder kommunikationstechnische Anlagen in Reiheneinbauausführung nachstehend näher erläutert.
Die DE 102006034 164 B4 beschreibt einen mehrpoligen Blitzstrom- und/oder Überspannungsableiter in Reihenklemmausführung zum Schutz von Geräten und Anlagen der Informationstechnik, welcher ein Basisteil und ein Steckteil umfasst. Eine Leiterplattenanordnung mit einer Überspannungsschutz-Schaltungseinrichtung ist in dem Steckteil angeordnet und über Kontaktzungen mit dem Basisteil verbindbar.
Die DE 4241 331 Al beschreibt einen Überwachungs- und/oder Sicherungsbaustein, wobei ein Schaltelement thermosensitiv über eine Lotverbindung angebracht und durch Federkraft vorgespannt ist. Überschreitet die Federkraft bei Aufschmelzen der Lotverbindung die Haltekraft der Lötstelle, öffnet das Schaltelement und unterbricht eine elektrische Verbindung.
Bekannte Überspannungsschutz-Schaltungseinrichtungen weisen als Überspannungs Schutzkomponenten eingangsseitig Gasentladungsableiter mit Durchbruchsspannungen von typischerweise einigen 100 V und ausgangsseitig Suppressordioden, z.B. Zenerdioden, mit Durchbruchs Spannungen von typischerweise einigen 10V auf. Desweiteren sind üblicherweise Längsentkopplungselemente in Form von Widerständen, z.B. Varistoren o.ä., vorgesehen.
Folgendes Überlastverhalten der Überspannungsschutzkomponenten ist bekannt. Widerstände (Längsentkopplungselemente) werden bei Überlast hochohmig und unterbrechen den Signalfluss. Suppressordioden zeigen bei Überlast bzw. Alterung typischerweise niederohmiges Verhalten (bis hin zum Kurzschluss). Gasentladungsableiter (insbesondere für datentechnische Anwendungen) verhalten sich wie Suppressordioden und gehen bei Überlast in Kurzschluss (bzw. werden niederohmig).
Bisher wird ein mögliches Altern bzw. eine Überlast der oben genannten Überspannungs schütz - komponenten zwar gelegentlich betrachtet und über eine Anzeige signalisiert, bzw. werden defekte Bauteile abgetrennt. Bei Defekt des Überspannungsschutzes wurde bisher der Nutzsignalkreis entweder kurzgeschlossen (durch Suppressordiode oder Gasentladungsableiter) oder unterbrochen (Widerstand hochohmig), so dass es zur Signalunterbrechung und somit zum Ausfall der kompletten Signal-Übertragungsstrecke kommt (Signal / Datenverlust).
Offenbarung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung schafft eine Überspannungsschutzvorrichtung, insbesondere für informationstechnische- und/oder kommunikationstechnische Anlagen, nach Patentanspruch 1.
Bevorzugte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.
Die Idee der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Ausfall der Signal-Übertragungsstrecke bei ausgelöster Überspannungs Schutzvorrichtung zu verhindern. Um dies zu erreichen, wird eine mechanische Auslöseeinrichtung implementiert, welche den oder die durch die Überspannungsschutz-Schaltungseinrichtung führenden Strompfade abtrennt und einen bzw. mehrere Strompfad bereitstellt, die das bzw. die externen Spannungs Signale vom jeweiligen Eingang zum jeweiligen Ausgangs unter Umgehung der Überspannungsschutz- Schaltungseinrichtung leiten. Die mechanische Auslöseeinrichtung lässt sich derart gestalten, dass sie sowohl bei Überlast- als auch bei Alterungsphänomenen anspricht.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung weist die mechanische Auslöseeinrichtung eine mit einer Lotverbindung oder Leitkleberverbindung auf der Platine angebrachten Leiterbahnverbindungseinrichtung, welche in einem ausgelösten Zustand bei Überschreiten des
vorgegebenen Auslösestroms durch die Lotverbindung oder Leitkleberverbindung aufschmelzbar ist, wobei die Leiterbahnverbindungseinrichtung im nicht ausgelösten Zustand eine erste Unterbrechungsstelle im dritten Strompfad überbrückt, und eine verlagerbare mechanische Betätigungseinrichtung zum Öffnen der ersten Schaltkontakteinrichtung im nicht ausgelösten Zustand und zum Schließen der ersten Schaltkontakteinrichtung im ausgelösten Zustand und zum Entfernen der Leiterbahnverbindungseinrichtung im ausgelösten Zustand auf. Eine derartige Leiterbahnverbindungseinrichtung, welche beispielsweise als Miniplatine ausgebildet ist, ermöglicht eine einfache und sichere Trennung einer oder mehrerer Leiterbahnen zum Abkoppeln der Überspannungsschutzkomponente.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist eine zweite elektrische Überspannungs Schutzkomponente in einem fünften Strompfad zwischen den ersten Ausgangsanschluss und den zweiten Ausgangsanschluss geschaltet und die Leiterbahnverbindungseinrichtung nicht ausgelösten Zustand eine zweite Unterbrechungsstelle im fünften Strompfad überbrückt. So lassen sich mehrere Überspannungs Schutzkomponenten gleichzeitig abkoppeln.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung umfasst die Überspannungs Schutzvorrichtung einen vierten Strompfad zum Leiten des zweiten externen Spannungssignals vom zweiten Eingangsanschluss zum zweiten Ausgangsanschluss über die Überspannungsschutz- Schaltungseinrichtung; eine zweite Schaltkontakteinrichtung zum Öffnen und Schließen des zweiten Strompfades, eine dritte elektrische Überspannungsschutzkomponente, die zwischen den vierten Strompfad und die erste elektrische Überspannungs Schutzkomponente geschaltet ist, wobei die Leiterbahnverbindungseinrichtung im nicht ausgelösten Zustand eine zweite Unterbrechungsstelle im vierten Strompfad überbrückt, wobei ein Masseanschluss vorgesehen ist und ein erster Knoten zwischen der ersten Überspannungsschutzkomponente und der dritten Überspannungs Schutzkomponente mit dem Masseanschluss verbunden ist, und wobei die mechanische Betätigungseinrichtung zum parallelen Öffnen der ersten und zweiten Schaltkontakteinrichtung im nicht ausgelösten Zustand und zum parallelen Schließen der Schließen der ersten und zweiten Schaltkontakteinrichtung im ausgelösten Zustand eingerichtet ist. So lässt sich die Überspannungsschutzvorrichtung auf zwei Signalwege erweitern.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist eine vierte elektrische Überspannungs Schutzkomponente zwischen den zweiten Ausgangsanschluss und die zweite
elektrische Überspannungs Schutzkomponente geschaltet ist, wobei ein zweiter Knoten zwischen der zweiten und vierten Überspannungs Schutzkomponente mit dem Masseanschluss verbunden ist, wobei die Leiterbahnverbindungseinrichtung im nicht ausgelösten Zustand eine vierte Unterbrechungsstelle im fünften Strompfad zwischen der vierten
Überspannungs Schutzkomponente und dem zweiten Ausgangsanschluss überbrückt. So lassen sich sämtliche Fehlströme zum Masseanschluss hin ableiten.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung weist die mechanische Betätigungseinrichtung ein drehbares Schwenkteil auf, das mittels einer Federeinrichtung gegen die Leiterbahnverbindungseinrichtung vorgespannt ist. Ein derartiges Schwenkteil lässt sich einfach auf einer Platine anbringen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung weist die mechanische Betätigungseinrichtung einen durch das Schwenkteil auslenkbaren Stößel auf, der über ein Kulissenteil mit der ersten Schaltkontakteinrichtung bzw. mit der ersten und zweiten Schaltkontakteinrichtung verbunden ist. So lassen sich die erste Schaltkontakteinrichtung bzw. die erste und zweite Schaltkontakteinrichtung mit einer einfachen Konstruktion parallel bzw. synchron steuern.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist im dritten und/oder vierten Strompfad eine Impedanzeinrichtung, vorzugsweise ein Widerstand, vorgesehen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung weisen die erste und/oder dritte elektrische Überspannungs Schutzkomponente eine Gasentladungsröhre auf.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung weisen die zweite und/oder vierte elektrische Überspannungs Schutzkomponente eine bidirektionale Zenerdiode, z.B. eine T VS -Diode, auf.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung sind die erste Schaltkontakteinrichtung bzw. die erste und zweite Schaltkontakteinrichtung als elastische Federzungen ausgebildet.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist das Gehäuse einteilig ausgebildet ist und weist ein wannenartiges Unterteil auf, das mittels einer Deckplatte verschließbar ist.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist das Gehäuse zweiteilig ausgebildet und weist ein Basisteil und ein Steckteil auf, wobei das Steckteil im Basisteil lösbar verrastend einsteckbar ist, wobei der erste und zweite Strompfad, der erste und zweite Eingangsanschluss und der erste und zweite Ausgangsanschluss und die erste bzw. die erste und zweite Schaltkontakteinrichtung im Basisteil vorgesehen sind und wobei die Überspannungsschutz-Schaltungseinrichtung, die Platine und die mechanische Betätigungseinrichtung im Steckteil vorgesehen sind.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist eine Mehrzahl von Steckkontakten zum elektrischen Verbinden vom dem Steckteil mit dem Basisteil an der Platine angebracht, welche aus dem Steckteil herausragen und in das Basisteil einführbar sind.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist die mechanische Betätigungseinrichtung derart gestaltet, dass bei nicht in das Basisteil eingestecktem Steckteil die erste bzw. die erste und zweite Schaltkontakteinrichtung geschlossen sind. Dies ermöglicht einen Austausch des defekten Steckteils, ohne dass es zu einer Signalunterbrechung und einer damit verbundenen Funktionsstörung der Anlage kommt.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung weist die mechanische Betätigungseinrichtung einen durch das Schwenkteil auslenkbaren Stößel aufweist, der in das Basisteil zum Öffnen der ersten Schaltkontakteinrichtung bzw. der ersten und zweiten Schaltkontakteinrichtung im nicht ausgelösten Zustand einführbar ist.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung weisen das Steckteil und das Basisteil jeweils ein wannenartiges Unterteil auf, die mittels einer jeweiligen Deckplatte verschließbar sind.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung und ihrer Vorteile wird nun auf die nachfolgende Beschreibung in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen verwiesen.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand exemplarischer Ausführungsformen näher erläutert, die in den schematischen Abbildungen der Zeichnungen angegeben sind.
Es zeigen:
Fig. la) -d) schematische Gehäuse-Innendraufsichten einer zweiteiligen Überspannungsschutzvorrichtung im aufgeteilten Zustand gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und zwar Fig. la) eines Steckteil- Unterteils, Fig. lb) eines Basisteil-Unterteils, Fig. lc) eines Steckteil-Deckels und Fig. Id) eines Basisteil-Deckels;
Fig. 2a), b) schematische Gehäuse-Innendraufsichten einer zweiteiligen Überspannungsschutzvorrichtung im zusammengesetzten Zustand gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und zwar Fig. 2a) im nicht ausgelösten Zustand und Fig. 2b) im ausgelösten Zustand;
Fig. 3a)-c) schematische Gehäuse-Innendraufsichten einer einteiligen Überspannungsschutzvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und zwar Fig. 3a) eines Unterteils im nicht ausgelösten Zustand, Fig. 3b) eines Unterteils im ausgelösten Zustand und Fig. 3c) eines Deckels;
Fig. 4 ein Schaltungsdiagramm zum Erläutern einer ersten beispielhaften elektrischen Implementierung einer Überspannungsschutz-Schaltungseinrichtung in der Überspannungsschutzvorrichtung gemäß der ersten oder zweiten Ausführungsform;
Fig. 5 ein Schaltungsdiagramm zum Erläutern einer zweiten beispielhaften elektrischen Implementierung einer Überspannungsschutz-Schaltungseinrichtung in der Überspannungsschutzvorrichtung gemäß der ersten oder zweiten Ausführungsform;
Fig. 6 ein Schaltungsdiagramm zum Erläutern einer dritten beispielhaften elektrischen Implementierung einer Überspannungsschutz-Schaltungseinrichtung in der Überspannungsschutzvorrichtung gemäß der ersten oder zweiten Ausführungsform; und
Fig. 7a),b) funktionelle Diagramme zum Erläutern einer beispielhaften mechanisch elektrischen Implementierung einer beispielhaften mechanischen Auslöseeinrichtung in der Überspannungs Schutzvorrichtung gemäß der ersten oder zweiten Ausführungsform, und zwar Fig. 7a) im nicht ausgelösten Zustand und Fig. 7b) im ausgelösten Zustand.
Sofern nicht anders angegeben, bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente der Zeichnungen.
Fig. la) -d) zeigen schematische Gehäuse-Innendraufsichten einer zweiteiligen Überspannungs Schutzvorrichtung im aufgeteilten Zustand gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und zwar Fig. la) eines Steckteil-Unterteils, Fig. lb) eines Basisteil- Unterteils, Fig. lc) eines Steckteil-Deckels und Fig. Id) eines Basisteil-Deckels.
Wie in Fig. la) dargestellt, weist die Überspannungsschutzvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform ein Steckteil ST auf, welches ein wannenartiges Unterteil WST hat. Im Innern des wannenförmigen Unterteils WST des Steckteils ST ist eine Platine P vorgesehen, auf der eine Überspannungsschutz-Schaltungseinrichtung ausgebildet ist.
Die Überspannungsschutz-Schaltungseinrichtung weist eine erste Impedanz RI, z.B. einen ersten linearen Widerstand, und eine zweite Impedanz R2, z.B. einen zweiten linearen Widerstand R2, auf. Weiterhin weist die Überspannungsschutz-Schaltungseinrichtung eine erste Gasentladungsröhre Gl und eine zweite Gasentladungsröhre G2 sowie eine erste bidirektionale Zenerdiode ZI und eine zweite bidirektionale Zenerdiode Z2 auf.
Mit einer Lotverbindung oder Leitkleberverbindung ist auf der Platine P eine Leiterbahnverbindungseinrichtung B angebracht, welche in einem ausgelösten Zustand bei einem durch Überschreiten eines Nennparameters (Überlast) und /oder durch Degradation der Bauteile hervorgerufenen Auslösestrom (Leckstrom), bei dem die Lotverbindung oder Leitkleberverbindung aufschmelzbar ist, entfembar ist, so dass entsprechende Leiterbahnen unterbrochen sind. Die Leiterbahnverbindungseinrichtung B verbindet insbesondere einige Unterbrechungsstellen in der Überspannungsschutz-Schaltungseinrichtung, wie später näher erläutert werden wird.
Weiterhin auf der Platine P vorgesehen, ist eine verlagerbare mechanische Betätigungseinrichtung, welche ein drehbares Schwenkteil S aufweist, das mittels einer Federeinrichtung EF gegen die Leiterbahnverbindungseinrichtung B vorgespannt ist. Bezugszeichen DA bezeichnet dabei die Drehachse des Schwenkteils S. Weiterhin steht das drehbare Schwenkteil S mit einem Stößel SL in mechanischem Kontakt, der im nicht ausgelösten Zustand aus dem wannenartigen Unterteil WST herausragt und bei ausgelöstem Zustand in das wannenartige Unterteil WST hineindrückbar ist.
Ein Lichtkanal LK ist in der Unterwand des wannenartigen Unterteils WGT vorgesehen, welcher bei verschwenktem Schwenkteil S im ausgelösten Zustand durch eine Deckeleinrichtung DE verschließbar ist, die mit dem Schwenkteil S einteilig verbunden ist. Zusätzlich einteilig verbunden mit dem Schwenkteil S ist eine Anzeigeeinrichtung AE, die sich bei verschwenktem Schwenkteil S im ausgelösten Zustand vor ein Sichtfenster SI des wannenartigen Unterteils WGT verschwenken lässt, um so einen ausgelösten Zustand anzuzeigen, beispielsweise durch eine entsprechende z.B. rote Farbmarkierung.
Zudem weist die Überspannungsschutzvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform ein Basisteil BT auf, welches ebenfalls ein wannenartiges Unterteil WBT hat, wie nachstehend mit Bezug auf Fig. lb) näher erläutert wird.
An der dem Basisteil BT zugewandten Seite des Steckteils ST befindet sich an der Platine P eine Mehrzahl von Steckkontakten PI, P2, PI ‘, P2‘, PM zum elektrischen Verbinden von dem Steckteil ST mit dem Basisteil BT.
Bei in dem Basisteil BT eingesteckten Steckteil ST dienen Rastnasen RAI, RA2, welche an federnd elastischen Zungen ZI, Z2 vorgesehen sind, zum lösbaren Verrasten des Steckteils ST mit dem Basisteil BT. Die Verrastung ist beispielsweise mit verdrehbaren Laschen LAI, LA2 im wannenartigen Unterteil WST lösbar.
Weiter mit Bezug auf Fig. lb) sind im wannenartigen Unterteil WBT des Basisteils BT ein erster Eingangsanschluss El zum Anlegen eines ersten externen Spannungssignals, ein zweiter Eingangsanschluss E2 zum Anlegen eines zweiten externen Spannungssignals, ein erster Ausgangsanschluss Al zum Ausgeben des ersten externen Spannungssignals und ein zweiter Ausgangsanschluss A2 zum Ausgeben des zweiten externen Spannungssignals untergebracht.
Ein erster Strompfad ST1 ist in dem Basisteil BT gebildet und dient zum Leiten des ersten externen Spannungssignals vom ersten Eingangsanschluss El zum ersten Ausgangsanschluss Al unter Umgehung der Überspannungsschutz-Schaltungseinrichtung.
Ein zweiter Strompfad ST2 ist in dem Basisteil BT ausgebildet und dient zum Leiten des zweiten externen Spannungssignals vom zweiten Eingangsanschluss E2 zum zweiten Ausgangsanschluss A2 unter Umgehung der Überspannungsschutz-Schaltungseinrichtung.
Eine erste Schaltkontakteinrichtung Fl dient zum Öffnen und Schließen des ersten Strompfades ST1, und eine zweite Schaltkontakteinrichtung F2 dient zum Öffnen und Schließen des zweiten Strompfades ST2. Im vorliegenden Beispiel sind die erste Schaltkontakteinrichtung Fl und die zweite Schaltkontakteinrichtung F2 als elastische Federzungen ausgebildet, welche über den Stößel SL der mechanischen Betätigungseinrichtung im Steckteil ST zum Öffnen und Schließen des ersten bzw. zweiten Strompfades ST1, ST2 auslenkbar sind, wie später näher erläutert wird. Die erste und zweite Schaltkontakteinrichtung Fl, F2 sind über ein Kulissenteil KU gekoppelt, sodass sie von dem Stößel SL parallel bzw. simultan geschaltet werden können.
Weiterhin ausgebildet im Basisteil BT ist eine Abzweigungskontakt ZI zu einem dritten Strompfad ST3, welcher über die Steckkontakte PI und PI ‘ zu einem weiteren Abzweigungskontakt Z1‘ führt, zum Leiten des ersten externen Spannungssignals vom ersten Eingangsanschluss El zum ersten Ausgangsanschluss Al über die Überspannungs schütz - Schaltungseinrichtung bei eingestecktem Steckteil ST im nicht ausgelösten Zustand.
Weiterhin ausgebildet im Basisteil BT ist eine Abzweigungskontakt Z2 zu einem vierten Strompfad ST4, welcher über die Steckkontakte P2 und P2‘ zu einem weiteren Abzweigungskontakt Z2‘ führt, zum Leiten des zweiten externen Spannungssignals vom zweiten Eingangsanschluss E2 zum zweiten Ausgangsanschluss A2 über die Überspannungsschutz- Schaltungseinrichtung bei eingestecktem Steckteil ST im nicht ausgelösten Zustand.
Ein Steckkontakt PM ist bei eingestecktem Steckteil ST mit einem Abzweigungskontakt ZM verbunden, der wiederum mit einem Masseanschluss M im Steckteil ST verbunden ist, welcher an der Unterseite des wannenartigen Unterteils WBT des Basisteils BT vorgesehen ist.
Bei der vorliegenden Ausführungsform ist die Unterseite des wannenartigen Unterteils WBT beispielsweise derart gestaltet, dass eine Montage auf einer erdbaren Montageschiene möglich ist.
Den Steckkontakten PI, P2, PM, P1‘, P2‘ entsprechende Stecklöcher sind im Basisteil BT angeordnet. Hierbei sei noch erwähnt, dass die Anordnung der Steckkontakte PI, P2, P1‘, P2‘, PM bewusst unsymmetrisch gewählt ist, um eine Montage in einer um 180° gedrehten Position derart zu ermöglichen, dass die erste Schaltkontakteinrichtung Fl und die zweite Schaltkontakteinrichtung F2 zustandsunabhängig permanent geöffnet sind.
Weiter mit Bezug auf Fig. lc) ist die Deckplatte DST des Steckteils ST gezeigt, welche eine entsprechende Öffnung für den Lichtkanal LK aufweist und welche Rastelemente RA zum Verrasten mit dem wannenartigen Unterteil WST aufweist sowie entsprechende Abdeckungen PA für die Steckkontakte PI, P2, PI ‘, P2‘, PM.
Analog ist in Fig. Id) die Deckplatte DBT für das Basisteil BT gezeigt, welche ebenfalls Rastelemente RA‘ zum Verrasten der Deckplatte DBT mit dem wannenartigen Unterteil WBT sowie den Lichtkanal LK aufweist.
Fig. 2a), b) zeigen schematische Gehäuse-Innendraufsichten einer zweiteiligen Überspannungs Schutzvorrichtung im zusammengesetzten Zustand gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und zwar Fig. 2a) im nicht ausgelösten Zustand und Fig. 2b) im ausgelösten Zustand.
Im in Fig. 2a) gezeigten Zustand ist das Steckteil ST im Basisteil BT verrastet. Der Stößel SL der mechanischen Betätigungseinrichtung drückt auf das Kulissenteil KU und damit sind die erste Schaltkontakteinrichtung Fl und die zweite Schaltkontakteinrichtung F2 geöffnet, sodass der erste Strompfad ST1 und der zweite Strompfad ST2 geöffnet sind und das erste externe Spannungssignal über die Überspannungsschutz-Schaltungseinrichtung vom ersten Eingangsanschluss El zum ersten Ausgangsanschluss Al geleitet wird. Ebenso wird das zweite externe Spannungssignal vom zweiten Eingangsanschluss E2 über den vierten Strompfad ST4 über die Überspannungsschutz-Schaltungseinrichtung zum zweiten Ausgangsanschluss A2 geleitet. Wie ebenfalls aus Fig. 2a) ersichtlich, ist das Schwenkteil S gegen die verlötete
Leiterbahnverbindungseinrichtung B vorgespannt und befindet sich im nicht ausgelösten Zustand.
Gemäß Fig. 2b) ist der ausgelöste Zustand dargestellt, in dem die Lotverbindung oder Leitkleberverbindung der Leiterbahnverbindungseinrichtung B nach Überschreiten des vorgegebenen Auslösestroms aufgeschmolzen ist und somit die Leiterbahnverbindungseinrichtung B von den Kontaktstellen K entfernt ist, sodas s die Unterbrechungsstellen, wie nachstehend näher erläutert, nicht mehr durch die Leiterbahnverbindungseinrichtung B überbrückt sind.
Gleichzeitig ist der Stößel SL der mechanischen Betätigungseinrichtung nach Verschwenken des Schwenkteils S nach oben ausgelenkt, sodass die erste Schaltkontakteinrichtung Fl und die zweite Schaltkontakteinrichtung F2 zum Schließen des ersten Strompfades ST1 und des zweiten Strompfades ST2 aufgrund der elastischen Federkraft geschlossen sind.
Durch das Entfernen der Leiterbahnverbindungseinrichtung B sind der dritte Strompfad ST3 und der vierte Strompfad ST4 geöffnet, sodass der gesamte Stromfluss durch den ersten und zweiten Strompfad ST1, ST2 über das Basisteil BT führt.
Fig. 3a)-c) zeigen schematische Gehäuse-Innendraufsichten einer einteiligen Überspannungs Schutzvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und zwar Fig. 3a) eines Unterteils im nicht ausgelösten Zustand, Fig. 3b) eines Unterteils im ausgelösten Zustand und Fig. 3c) eines Deckels.
Die Darstellung gemäß Fig. 3a) entspricht der Darstellung gemäß Fig. 2a), wobei lediglich das Gehäuse GT mit einem wannanartigen Unterteil WGT einteilig ausgestaltet ist. Die elektrischen und mechanischen Komponenten entsprechen denen, die bereits mit Bezug auf Fig. 2a), b) beschrieben worden sind.
Analog ist in Fig. 3b) für ein einteiliges Gehäuse GT mit einem wannenartigen Unterteil WGT der ausgelöste Zustand analog Fig. 2b) dargestellt, in dem das Schwenkteil S verschwenkt ist und die Leiterbahnverbindungseinrichtung B entfernt ist sowie der Stößel SL nach oben verschoben ist, sodass sämtlicher Stromfluss über den ersten und zweiten Strompfad ST1, ST2 geht.
Mit Bezug auf Fig. 3c) ist die Deckplatte DGT für das wannenförmige Unterteil WGT dargestellt, welche wiederum Verrastungen RA“ und den Lichtkanal LK aufweist.
Fig. 4 ist ein Schaltungsdiagramm zum Erläutern einer ersten beispielhaften elektrischen Implementierung einer Überspannungsschutz-Schaltungseinrichtung in der Überspannungs Schutzvorrichtung gemäß der ersten oder zweiten Ausführungsform.
Wie in Fig. 4 dargestellt, verläuft der erste Strompfad ST1 vom ersten Eingangsanschluss El über die erste Schaltkontakteinrichtung Fl zum ersten Ausgangsanschluss Al. Analog verläuft der zweite Strompfad ST2 vom zweiten Eingangsanschluss über die zweite Schaltkontakteinrichtung F2 zum zweiten Ausgangsanschluss. In der Darstellung gemäß Fig. 4 sind die erste und zweite Schaltkontakteinrichtung Fl, F2 geöffnet, sodass das erste externe Spannungssignal über den dritten Strompfad vom ersten Eingangsanschluss El zum ersten Ausgangsanschluss Al verläuft und das zweite externe Spannungssignal vom zweiten Eingangsanschluss E2 über den vierten Strompfad ST4 zum zweiten Ausgangsanschluss A2 verläuft.
In den dritten Strompfad ST3 ist eine erste Impedanz RI, z.B. ein erster linearer Widerstand, geschaltet. In den vierten Strompfad ST4 ist eine zweite Impedanz R2, z.B. zweiter linearer Widerstand R2, geschaltet.
Zwischen einen im dritten Strompfad ST3 vor dem ersten Widerstand RI liegenden Knoten KO und einen im vierten Strompfad ST4 vor dem zweiten Widerstand R2 liegenden Knoten Kl ist eine Reihenschaltung einer Überspannungs Schutzkomponente in Form einer ersten Gasentladungsröhre Gl und einer Überspannungs Schutzkomponente in Form einer zweiten Gasentladungsröhre G2 geschaltet, wobei ein zwischen der ersten und zweiten Gasentladungsröhre Gl, G2 liegender Knoten KN1 mit dem Masseanschluss M verbunden ist.
Die erste und zweite Gasentladungsröhre Gl, G2 haben typischerweise eine Durchbruchspannung im Bereich von 70 Volt bis 600 Volt und können somit am ersten bzw. zweiten Eingangsanschluss El, E2 auftretende Überspannungen zum Masseanschluss M hin ableiten.
Zwischen einen im dritten Strompfad ST3 hinter dem ersten Widerstand RI liegenden Knoten K2 und einen im vierten Strompfad ST4 hinter dem zweiten Widerstand R2 liegenden Knoten K4 ist eine weitere Überspannungsschutzkomponente in Form einer bidirektionalen Zenerdiode ZI geschaltet. Ein fünfter Strompfad ST5 verläuft durch die bidirektionale Zenerdiode ZI.
Die mechanische Auslöseeinrichtung AU, welche wie oben beschrieben die Leiterbahnverbindungseinrichtung B, das Schwenkteil S, die elastische Federeinrichtung EF und den Stößel SL umfasst, überbrückt eine erste Unterbrechungsstelle Ul im dritten Strompfad, eine zweite Unterbrechungsstelle U2 im vierten Strompfad, eine dritte Unterbrechungsstelle Ul ‘ im fünften Strompfad, welche zwischen dem dritten Strompfad ST3 und der bidirektionalen Zenerdiode ZI liegt, und eine vierte Unterbrechungsstelle U2‘, welche zwischen der bidirektionalen Zenerdiode ZI und dem vierten Strompfad ST4 liegt, wenn der nicht ausgelöste Zustand vorliegt. Ebenfalls öffnet die mechanische Auslöseeinrichtung AU im nicht ausgelösten Zustand die erste Schaltkontakteinrichtung Fl und die zweite Schaltkontakteinrichtung F2 über den Stößel SL.
Wenn, wie oben beschrieben, ein vorgegebener Auslösestrom durch die Lotverbindung oder Leitkleberverbindung der Leiterbahnverbindungseinrichtung B fließt, wird die Lotverbindung oder Leitkleberverbindung an den jeweiligen Kontakten K, welche später beispielhaft näher erläutert werden, auf, und die Leiterbahnverbindungseinrichtung B wird durch das elastische vorgespannte Schwenkteil S entfernt.
Dies hat zur Folge, dass die erste Unterbrechung s stelle Ul, die zweite Unterbrechungsstelle U2, die dritte Unterbrechungsstelle U1‘ und die vierte Unterbrechungsstelle U2‘ nicht mehr überbrückt, also unterbrochen, sind und dass der Stößel SL die erste Schaltkontakteinrichtung Fl und die zweite Schaltkontakteinrichtung F2 nicht mehr öffnet, sondern freigibt und die elastische Federkraft diese schließt, sodas s das erste und zweite externe Spannungssignal direkt vom ersten Eingangsanschluss El über den ersten Strompfad ST1 zum ersten Ausgangsanschluss und das zweite externe Spannungssignal direkt über den Strompfad ST2 vom zweiten Eingangsanschluss zum zweiten Ausgangsanschluss geleitet werden, wodurch die Überspannungs schütz - Schaltungseinrichtung vom ersten und zweiten externen Spannungssignal umgangen wird.
Im Falle der Überspannungs Schutzvorrichtung mit dem zweiteiligen Gehäuse, welches aus dem Steckteil ST und dem Basisteil BT besteht, kann somit das Steckteil ST mit der
Überspannungsschutz-Schaltungseinrichtung und der mechanischen Auslöseeinrichtung AU ausgetauscht werden, ohne dass der Signalfluss durch den ersten und zweiten Strompfad ST1, ST2 unterbrochen wird.
Fig. 5 ist ein Schaltungsdiagramm zum Erläutern einer zweiten beispielhaften elektrischen Implementierung einer Überspannungsschutz-Schaltungseinrichtung in der Überspannungs Schutzvorrichtung gemäß der ersten oder zweiten Ausführungsform.
Gemäß Fig. 5 unterscheidet sich die zweite beispielhafte elektrische Implementierung der Überspannungsschutz-Schaltungseinrichtung dadurch von der ersten Implementierung, dass anstelle einer einzelnen bidirektionalen Zenerdiode zwischen der dritten Unterbrechungs stelle U1‘ und der vierten Unterbrechungsstelle U2‘ eine Reihenschaltung zwischen einer ersten bidirektionalen Zenerdiode ZI und einer zweiten bidirektionalen Zenerdiode Z2 vorgesehen ist, wobei ein zwischen der ersten und zweiten bidirektionalen Zenerdiode ZI, Z2 liegender Knoten KN2 ebenfalls mit dem Masseanschluss M verbunden ist. Somit lassen sich Überspannungen, welche an der ersten und zweiten bidirektionalen Zenerdiode ZI, Z2 auftreten, die typischerweise eine Durchbruchspannung von 5 bis 500 Volt aufweisen, bei dieser zweiten Implementierung ebenfalls zum Masseanschluss M ableiten.
Die Funktionsweise der mechanischen Auslöseeinrichtung AU ist identisch wie bei der ersten Implementierung .
Fig. 6 ist ein Schaltungsdiagramm zum Erläutern einer dritten beispielhaften elektrischen Implementierung einer Überspannungsschutz-Schaltungseinrichtung in der Überspannungs Schutzvorrichtung gemäß der ersten oder zweiten Ausführungsform.
Wie in Fig. 6 dargestellt, wird bei der dritten beispielhaften elektrischen Implementierung der Überspannungsschutz-Schaltungseinrichtung lediglich ein erstes externes Spannungssignal an den ersten Eingangsanschluss El angelegt und über die erste Schaltkontakteinrichtung Fl zum ersten Ausgangsanschluss geleitet. Der zweite Eingangsanschluss E2 liegt bei dieser Implementierung auf Massepotenzial und ist direkt mit dem zweiten Ausgangsanschluss A2 verbunden.
Der dritte Strompfad ST3 verläuft, wie bereits oben beschrieben, über den Knoten KO, den ersten nicht-linearen Widerstand RI, die erste Unterbrechungsstelle Ul und den zweiten Knoten K2 zum ersten Ausgangsanschluss. Zwischen den Knoten KO und den ersten Strompfad ST1 ist die erste Gasentladungsröhre Gl geschaltet, und zwischen den Knoten K2 und den zweiten Strompfad ST2 ist die bidirektionale Zenerdiode ZI geschaltet, wobei bei dieser Implementierung lediglich eine erste Unterbrechung s stelle Ul zwischen dem ersten nicht linearen Widerstand RI und dem Knoten K2 und eine zweite Unterbrechungsstelle Ul ‘ zwischen dem Knoten K2 und der bidirektionalen Zenerdiode ZI vorgesehen ist.
Die mechanische Auslöseeinrichtung AU wirkt bei dieser Implementierung lediglich auf die erste Unterbrechungsstelle Ul und die zweite Unterbrechungsstelle U1‘ sowie die erste Schaltkontakteinrichtung Fl, wobei die Funktionalität analog zur oben beschriebenen Funktionalität bei der ersten und zweiten Implementierung ist.
Fig. 7a),b) sind funktionelle Diagramme zum Erläutern einer beispielhaften mechanisch elektrischen Implementierung einer beispielhaften mechanisch-elektrischen Implementierung einer mechanischen Auslöseeinrichtung in der Überspannungs Schutzvorrichtung gemäß der ersten oder zweiten Ausführungsform, und zwar Fig. 7a) im nicht ausgelösten Zustand und Fig. 7b) im ausgelösten Zustand.
Wie in Fig. 7a) und 7b) gezeigt, überbrückt die Leiterbahnverbindungseinrichtung B in Form einer aufgelöteten Platine mit jeweiligen Leiterbahnabschnitten LB1 bzw. LB2 jeweils drei Kontakte K, welche im dritten Strompfad ST3 bzw. vierten Strompfad ST4 liegen.
Bei der Implementierung gemäß Fig. 7 sind wie bei der Implementierung gemäß Fig. 5 zwei bidirektionale Zenerdioden ZI, Z2 vorgesehen.
Wie in Fig. 7b) dargestellt, ist im ausgelösten Zustand die Leiterbahnverbindungseinrichtung B entfernt und befindet sich beispielsweise lose im Steckteil ST bzw. Gesamtteil GT und sind die entsprechenden Unterbrechungsstellen geöffnet. Aufgrund der geringen Masse der Leiterbahnverbindungseinrichtung B und aufgrund einer auf der Unterseite der Platine P angebrachten Wärmeverteilfläche und aufgrund einer auf der Oberseite der Platine P angebrachten Wärmeverteilfläche wird „einseitig“ (an einem Kontakt K) entstehende Wärme schnell auf alle übrigen Lötstellen verteilt. Dadurch wird eine gleichzeitige und gleichmäßige
Erwärmung erzielt. Eine Abtrennung erfolgt dann, wenn alle Lötstellen den eutektischen Temperaturpunkt überschritten haben.
Ebenfalls sind im ausgelösten Zustand die erste und zweite Schaltkontakteinrichtung Fl, F2 geschlossen, sodass das erste und zweite externe Spannungssignal direkt vom ersten Eingangsanschluss El zum ersten Ausgangsanschluss Al bzw. vom zweiten Eingangsanschluss E2 zum zweiten Ausgangsanschluss A2 fließen.
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsformen erläutert wurde, ist sie nicht darauf beschränkt, sondern vielfältig modifizierbar. Beispielsweise kann die Überspannungs Schutzvorrichtung sowohl auf einer Montageschiene (Hutschiene) angeordnet sein als auch als Endgeräteschutz über einen speziellen Sockel auf einer Platine befestigt sein.
Die Gehäusegeometrie, insbesondere die Anordnung der Eingangs- und Ausgangsanschlüsse kann beliebig je nach Anwendung variiert werden. Auch ist die mechanische Auslöseeinrichtung nicht auf das Schwenkteil und die Leiterbahnverbindungseinrichtung beschränkt, sondern kann anderweitig durch mechanische und elektrische Komponenten realisiert werden.
Obwohl bei den oben beschriebenen Ausführungsformen beispielhafte Überspannungs Vorrichtungen zur Übertragung von einem bzw. zwei externen Spannungssignalen erläutert wurden, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt, sondern generell für Überspannungsvorrichtungen mit beliebig vielen externen Spannungssignalen anwendbar.
Claims
1. Überspannungsschutzvorrichtung, insbesondere für informationstechnische- und/oder kommunikationstechnische Anlagen, mit: einem Gehäuse (ST, BT; GT); einem ersten Eingangsanschluss (El) zum Anlegen eines ersten externen Spannungssignals, einem zweiten Eingangsanschluss (E2) zum Anlegen eines zweiten externen Spannungssignals, einem ersten Ausgangsanschluss (Al) zum Ausgeben des ersten externen Spannungssignals, einem zweiten Ausgangsanschluss (A2) zum Ausgeben des zweiten externen Spannungssignals; einer Überspannungsschutz-Schaltungseinrichtung (Gl, RI, ZI; Gl, G2, RI, R2, ZI; Gl, G2, RI, R2, ZI, Z2), welche zumindest teilweise auf einer im Gehäuse (ST, BT; G) angeordneten Platine (P) vorgesehen ist; einem ersten Strompfad (ST1) zum Leiten des ersten externen Spannungssignals vom ersten Eingangsanschluss (El) zum ersten Ausgangsanschluss (Al) unter Umgehung der Überspannungsschutz-Schaltungseinrichtung (Gl, RI, ZI; Gl, G2, RI, R2, ZI; Gl, G2, RI, R2, ZI, Z2); einem zweiten Strompfad (ST2) zum Leiten des zweiten externen Spannungssignals vom zweiten Eingangsanschluss (E2) zum zweiten Ausgangsanschluss (A2) unter Umgehung der Überspannungsschutz-Schaltungseinrichtung (Gl, RI, ZI; Gl, G2, RI, R2, ZI; Gl, G2, RI, R2, ZI, Z2); einem dritten Strompfad (ST3) zum Leiten des ersten externen Spannungssignals vom ersten Eingangsanschluss (El) zum ersten Ausgangsanschluss (Al) über die Überspannungsschutz- Schaltungseinrichtung (Gl, RI, ZI; Gl, G2, RI, R2, ZI; Gl, G2, RI, R2, ZI, Z2); einer ersten Schaltkontakteinrichtung (Fl) zum Öffnen und Schließen des ersten Strompfades (ST1);
einer ersten elektrischen Überspannungsschutzkomponente (Gl), welche zwischen den ersten und den dritten Strompfad (ST1, ST3) geschaltet ist; und einer mechanischen Auslöseeinrichtung (AU; B, S, EF, SL) zum Öffnen der ersten Schaltkontakteinrichtung (Fl) in einem nicht ausgelösten Zustand und zum Schließen der ersten Schaltkontakteinrichtung (Fl) zum Unterbrechen des dritten Strompfades (ST3) in einem ausgelösten Zustand bei einem durch Überschreiten eines Nennparameters und/oder durch Degradation der Bauteile hervorgerufenen Auslösestrom in der Überspannungsschutz- Schaltungseinrichtung (Gl, RI, ZI; Gl, G2, RI, R2, ZI; Gl, G2, RI, R2, ZI, Z2).
2. Überspannungs Schutzvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die mechanische Auslöseeinrichtung (AU; B, S, EF, SF) aufweist: eine mit einer Fotverbindung oder Feitkleberverbindung auf der Platine (P) angebrachten Feiterbahnverbindungseinrichtung (B), welche in einem ausgelösten Zustand bei Überschreiten des vorgegebenen Auslösestroms durch die Fotverbindung oder Feitkleberverbindung aufschmelzbar ist; wobei die Feiterbahnverbindungseinrichtung (B) im nicht ausgelösten Zustand eine erste Unterbrechungsstelle (Ul) im dritten Strompfad (ST3) überbrückt; und eine verlagerbare mechanische Betätigungseinrichtung (S, EF, SF) zum Öffnen der ersten Schaltkontakteinrichtung (Fl) im nicht ausgelösten Zustand und zum Schließen der ersten Schaltkontakteinrichtung (Fl) im ausgelösten Zustand und zum Entfernen der Feiterbahnverbindungseinrichtung (B) im ausgelösten Zustand.
3. Überspannungs Schutzvorrichtung nach Anspruch 2, wobei eine zweite elektrische Überspannungs Schutzkomponente (ZI) in einem fünften Strompfad (ST5) zwischen den ersten Ausgangsanschluss (Al) und den zweiten Ausgangsanschluss (A2) geschaltet ist und die Feiterbahnverbindungseinrichtung (B) nicht ausgelösten Zustand eine zweite Unterbrechungsstelle (U1‘) im fünften Strompfad (ST5) überbrückt.
4. Überspannungs Schutzvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, umfassend
einen vierten Strompfad (ST4) zum Leiten des zweiten externen Spannungssignals vom zweiten Eingangsanschluss (E2) zum zweiten Ausgangsanschluss (A2) über die Überspannungsschutz- Schaltungseinrichtung (Gl, RI, ZI; Gl, G2, RI, R2, ZI; Gl, G2, RI, R2, ZI, Z2); eine zweite Schaltkontakteinrichtung (F2) zum Öffnen und Schließen des zweiten Strompfades (ST2); eine dritte elektrische Überspannungs Schutzkomponente (G2), die zwischen den vierten Strompfad (ST3) und die erste elektrische Überspannungsschutzkomponente (Gl) geschaltet ist; wobei die Leiterbahnverbindungseinrichtung (B) im nicht ausgelösten Zustand eine zweite Unterbrechungsstelle (U2) im vierten Strompfad (ST4) überbrückt; wobei ein Masseanschluss (M) vorgesehen ist und ein erster Knoten (KN1) zwischen der ersten Überspannungs Schutzkomponente (Gl) und der dritten Überspannungsschutzkomponente (G2) mit dem Masseanschluss (M) verbunden ist; und wobei die mechanische Betätigungseinrichtung (S, EF, SL) zum parallelen Öffnen der ersten und zweiten Schaltkontakteinrichtung (Fl, F2) im nicht ausgelösten Zustand und zum parallelen Schließen der Schließen der ersten und zweiten Schaltkontakteinrichtung (Fl, F2) im ausgelösten Zustand eingerichtet ist.
5. Überspannungs Schutzvorrichtung nach Anspruch 4 in Abhängigkeit von Anspruch 3, wobei eine vierte elektrische Überspannungsschutzkomponente (Z2) zwischen den zweiten Ausgangsanschluss (A2) und die zweite elektrische Überspannungsschutzkomponente (ZI) geschaltet ist, wobei ein zweiter Knoten (KN2) zwischen der zweiten und vierten Überspannungs Schutzkomponente (ZI, Z2) mit dem Masseanschluss (M) verbunden ist; wobei die Leiterbahnverbindungseinrichtung (B) im nicht ausgelösten Zustand eine vierte Unterbrechungsstelle (U2‘) im fünften Strompfad (ST5) zwischen der vierten Überspannungs Schutzkomponente (Z2) und dem zweiten Ausgangsanschluss (A2) überbrückt.
6. Überspannungs Schutzvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mechanische Betätigungseinrichtung (S, EF; SL) ein drehbares Schwenkteil (S) aufweist, das
mittels einer Federeinrichtung (EF) gegen die Leiterbahnverbindungseinrichtung (B) vorgespannt ist.
7. Überspannungs Schutzvorrichtung nach einem Anspruch 6, wobei die mechanische Betätigungseinrichtung (S, EF; SL) einen durch das Schwenkteil auslenkbaren Stößel (SL) aufweist, der über ein Kulissenteil (KU) mit der ersten Schaltkontakteinrichtung (Fl) bzw. mit der ersten und zweiten Schaltkontakteinrichtung (Fl, F2) verbunden ist.
8. Überspannungs Schutzvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei im dritten und/oder vierten Strompfad (ST3, ST4) eine Impedanzeinrichtung (RI, R2), vorzugsweise ein Widerstand, vorgesehen ist.
9. Überspannungs Schutzvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste und/oder dritte elektrische Überspannungsschutzkomponente (Gl, G2) eine Gasentladungsröhre aufweisen.
10. Überspannungs Schutzvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite und/oder vierte elektrische Überspannungsschutzkomponente (ZI, Z2) eine bidirektionale Zenerdiode aufweisen.
11. Überspannungs Schutzvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Schaltkontakteinrichtung (Fl) bzw. die erste und zweite Schaltkontakteinrichtung (Fl, F2) als elastische Federzungen ausgebildet sind.
12. Überspannungs Schutzvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Gehäuse (GT) einteilig ausgebildet ist und ein wannenartiges Unterteil (WGT) aufweist, das mittels einer Deckplatte (DGT) verschließbar ist.
13. Überspannungs Schutzvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 11, wobei das Gehäuse (BT, ST) zweiteilig ausgebildet ist und ein Basisteil (BT) und ein Steckteil (ST) aufweist, wobei das Steckteil (ST) im Basisteil (BT) lösbar verrastend einsteckbar ist, wobei der erste und zweite Strompfad (ST1, ST2), der erste und zweite Eingangsanschluss (El, E2) und der erste und zweite Ausgangsabschluss (Al, A2) und die erste bzw. die erste und zweite Schaltkontakteinrichtung (Fl, F2) im Basisteil (BT) vorgesehen sind und wobei die
Überspannungsschutz-Schaltungseinrichtung (Gl, RI, ZI; Gl, G2, RI, R2, ZI; Gl, G2, RI, R2, ZI, Z2), die Platine (P) und die mechanische Betätigungseinrichtung (S, EF; SL) im Steckteil (ST) vorgesehen sind.
14. Überspannungs Schutzvorrichtung nach Anspruch 13, wobei eine Mehrzahl von Steckkontakten (PI, P2, P1‘, P2‘, PM) zum elektrischen Verbinden vom dem Steckteil (ST) mit dem Basisteil (BT) an der Platine (P) angebracht ist, welche aus dem Steckteil (ST) herausragen und in das Basisteil (BT) einführbar sind.
15. Überspannungs Schutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 13 oder 14, wobei die mechanische Betätigungseinrichtung (S, EF, SL) derart gestaltet ist, dass bei nicht in das Basisteil (BT) eingestecktem Steckteil (ST) die erste bzw. die erste und zweite Schaltkontakteinrichtung (Fl, F2) geschlossen sind.
16. Überspannungs Schutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 13, 14 oder 15, wobei die mechanische Betätigungseinrichtung (S, EF; SL) einen durch das Schwenkteil auslenkbaren Stößel (SL) aufweist, der in das Basisteil (BT) zum Öffnen der ersten Schaltkontakteinrichtung (Fl) bzw. der ersten und zweiten Schaltkontakteinrichtung (Fl, F2) im nicht ausgelösten Zustand einführbar ist.
17. Überspannungs Schutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 16, wobei das Steckteil (ST) und das Basisteil (BT) jeweils ein wannenartiges Unterteil (WST, WBT) aufweisen, die mittels einer jeweiligen Deckplatte (DST, DBT) verschließbar sind.
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